一种预制管桩用的沉桩助沉装置及施工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种预制管桩用的沉桩助沉装置及施工方法，所述装置包括助沉组件，助沉组件包括连接组件

【技术实现步骤摘要】
一种预制管桩用的沉桩助沉装置及施工方法


[0001]本专利技术涉及管桩施工
，具体是一种预制管桩用的沉桩助沉装置及施工方法
。

技术介绍

[0002]预制管桩
(
诸如钢管桩
、PHC
管桩
)
广泛应用于房屋建筑
、
市政公路
、
桥梁
、
港口码头等施工工程中，具有成桩效率高
、
质量易于控制的优点
。
预制管桩一般会采用冲击
、
振动
、
静压等方式沉桩，其中，以冲击沉桩方式对地层的适应能力最强
。
采用冲击沉桩方式能够贯入较坚硬岩土层中，例如，贯入密实砂层
、
强风化岩层
。
但冲击沉桩会受到预制管桩的桩身材料所能够容许应力以及打桩锤设备能力的限制
。
当需要在坚硬地层贯入较深深度，或者遇到更加坚硬的中风化岩层
、
大孤石地层等地质中，预制管桩则难以达到设计所需深度，强行贯入则容易造成桩身结构损伤
(
如开裂
、
卷边等
)
，为此，需要助沉技术
。
[0003]目前的助沉技术主要包括两种技术路线，一种为引孔助沉技术，也即是在沉桩之前，在目标桩位上进行钻孔，以穿透坚硬地层，形成能够完全容纳预制管桩并且到达所需要的设计深度，然后再沉桩，从而大大降低甚至完全消除地层对预制管桩的阻力
。
>另一种为随钻跟管技术，即在预制管桩的桩端平面以下预设钻具，通过钻具穿透地层，实现一边钻进一边沉桩
。
但这两种技术本质上都需要在沉桩之前钻孔或预设钻具，而不能先沉桩再实施这两种技术，并且钻孔形成的孔径大于预制管桩的桩直径，方可有效降低或消除坚硬底层的沉桩阻力
。
若未钻孔先沉桩，遇到仅靠冲击预制管桩难以进入坚硬地层所需要的深度，则仅能通过预制管桩的桩孔内安装钻孔设备并进行钻孔取土的方式，钻孔的孔径受限于预制管桩的桩内径，并且在实际使用时，为了避免钻孔设备对预制管桩的内壁造成损伤，钻孔的孔径一般小于甚至远小于预制管桩的内径
。
但采用较小孔径所形成的引孔对于坚硬底层沉桩阻力的降低效果大打折扣
。
[0004]此外，在一些地层性质空间变化剧烈或局部异常的工况，例如，岩面起伏
、
球状风化
、
坚硬夹层厚度不均匀，由于地质钻孔一般无法覆盖所有的桩位，难以准确判断是否每一桩位均需要采用助沉手段，若直接全部采用助沉手段可能大大增加不必要的工期和成本，针对实际沉桩入土深度无法满足设计要求的桩位采取必要的助沉手段更加合理
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种预制管桩用的沉桩助沉装置及施工方法，其能够解决
技术介绍
描述的问题
。
[0006]实现本专利技术的目的的技术方案为：一种预制管桩用的沉桩助沉装置，包括助沉组件，助沉组件包括连接组件
、
钻杆集成
、
驱动箱集成
、
扩孔器集成和主钻头，连接组件的一端与钻杆集成的一端连接，另一端用于与外部设备连接，扩孔器集成与驱动箱集成远离连接组件的一端连接，扩孔器集成位于钻杆集成的一侧，驱动箱集成套设在钻杆集成上，并可沿着钻杆集成的轴向滑动，驱动箱集成用于驱动扩孔器集成沿着钻杆集成的轴向滑动，以使
得扩孔器集成收纳于预制管桩的管孔内或暴露于预制管桩的管孔外，并且扩孔器集成暴露于预制管桩的管孔外下，扩孔器集成沿着预制管桩的径向撑开，以使的扩孔器集成上的扩孔钻头位于预制管桩内腔投影面的外侧，也即是通过驱动箱集成来驱动扩孔器集成从预制管桩的管孔内向下滑动而暴露于预制管桩的外部，或者驱动扩孔器集成向上滑动而从预制管桩的外部回收至预制管桩的管孔内，
[0007]钻杆集成远离连接组件的一端与主钻头连接，主钻头用于钻进预制管桩内腔投影面所覆盖的地层，扩孔器集成用于钻进预制管桩内腔投影面外侧以及包含预制管桩管壁投影范围的地层，从而通过主钻头和扩孔钻头能够钻进出相比于预制管桩内径更大的钻孔
。
[0008]进一步地，驱动箱集成沿着钻杆集成的轴向滑动的滑动范围限定在第一位置和第二位置之间，第一位置为上行极限位置，也即是驱动箱集成向上滑动的最大距离，第二位置为下行极限位置，也即是驱动箱集成向下滑动的最大距离，
[0009]驱动箱集成向远离连接组件的方向滑动而到达第二位置之前或刚好到达第二位置，扩孔器集成完全暴露于预制管桩的管孔外，驱动箱集成从第二位置起向靠近连接组件的方向滑动而到达第一位置之前，扩孔器集成完全收纳于预制管桩的管孔内，驱动箱集成处于第一位置和第二位置，钻杆集成上的限位组件限位于驱动箱集成
。
[0010]进一步地，连接组件包括吊耳
、
绳索
、
软管和转换器，吊耳与绳索的一端连接，绳索的另一端与转换器连接，转换器分别与软管与钻杆集成连接，转换器用于连通软管和钻杆集成，吊耳用于与外部设备连接
。
[0011]进一步地，钻杆集成包括空心的钻杆，以及沿着钻杆远离连接组件的方向依次安装在钻杆上的上卡头组件和下卡头组件，上卡头组件和下卡头组件间隔设置，且均位于主钻头上方，
[0012]卡头组件包括至少两个卡头组，各个卡头组沿着钻杆的环向设置，并且所有卡头组中，至少有两个卡头组之间的夹角
≥180
°
，以使得钻杆的两侧至少各有一个卡头组，
[0013]其中，上卡头组件和下卡头组件的卡头组数量相同，
[0014]上卡头组件用于与到达上行极限位置处的扩孔器集成连接，上下头组件用于与到达下行极限位置处的扩孔器集成连接
。
[0015]进一步地，卡头组包括卡头筒
、
卡头弹簧
、
卡头弹芯和卡头限位孔，卡头筒的一端固定在钻杆的外表面并呈水平设置，卡头筒的另一端设有开口，卡头弹簧的一端固定在卡头筒与钻杆连接一端的内壁上，另一端与经开口伸入至卡头筒腔体内的卡头弹芯连接，卡头弹簧套设在伸入至卡头筒腔体内的卡头弹芯的一端并且与卡头弹芯固定连接，卡头弹簧通过伸缩驱动卡头弹芯的另一端伸出至卡头筒腔体的外部或回缩至卡头筒腔体的内部，卡头弹芯远离弹簧的一端至少一侧的轮廓呈弧形结构，卡头弹芯远离卡头弹簧一端的下侧挖设有卡头限位孔，
[0016]其中，上卡头组件中的卡头弹芯的下侧的轮廓呈弧形结构，下卡头组件中的卡头弹芯的上侧的轮廓呈弧形结构，以使得驱动箱集成沿着钻杆集成向上滑动带动扩孔器集成向上滑动过程中，能够顺畅地将上卡头组件中位于卡头筒的腔体外部的卡头弹芯的一端依然位于腔体外部且顺利地滑入扩孔器集成内，以及使得驱动箱集成沿着钻杆集成向下滑动带动扩孔器集成向下滑动过程中，能够顺畅地将下卡头组件中位于卡头筒的腔体外部的卡头弹芯的一端依然位于腔体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，包括助沉组件，助沉组件包括连接组件
、
钻杆集成
、
驱动箱集成
、
扩孔器集成和主钻头，连接组件的一端与钻杆集成的一端连接，另一端用于与外部设备连接，扩孔器集成与驱动箱集成远离连接组件的一端连接，扩孔器集成位于钻杆集成的一侧，驱动箱集成套设在钻杆集成上，并可沿着钻杆集成的轴向滑动，驱动箱集成用于驱动扩孔器集成沿着钻杆集成的轴向滑动，以使得扩孔器集成收纳于预制管桩的管孔内或暴露于预制管桩的管孔外，并且扩孔器集成暴露于预制管桩的管孔外下，扩孔器集成沿着预制管桩的径向撑开，以使的扩孔器集成上的扩孔钻头位于预制管桩内腔投影面的外侧，也即是通过驱动箱集成来驱动扩孔器集成从预制管桩的管孔内向下滑动而暴露于预制管桩的外部，或者驱动扩孔器集成向上滑动而从预制管桩的外部回收至预制管桩的管孔内，钻杆集成远离连接组件的一端与主钻头连接，主钻头用于钻进预制管桩内腔投影面所覆盖的地层，扩孔器集成用于钻进预制管桩内腔投影面外侧以及包含预制管桩管壁投影范围的地层，从而通过主钻头和扩孔钻头能够钻进出相比于预制管桩外径更大的钻孔
。2.
根据权利要求1所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，驱动箱集成沿着钻杆集成的轴向滑动的滑动范围限定在第一位置和第二位置之间，第一位置为上行极限位置，也即是驱动箱集成向上滑动的最大距离，第二位置为下行极限位置，也即是驱动箱集成向下滑动的最大距离，驱动箱集成向远离连接组件的方向滑动而到达第二位置之前或刚好到达第二位置，扩孔器集成完全暴露于预制管桩的管孔外，驱动箱集成从第二位置起向靠近连接组件的方向滑动而到达第一位置之前，扩孔器集成完全收纳于预制管桩的管孔内，驱动箱集成处于第一位置和第二位置，钻杆集成上的限位组件限位于驱动箱集成
。3.
根据权利要求2所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，连接组件包括吊耳
、
绳索
、
软管和转换器，吊耳与绳索的一端连接，绳索的另一端与转换器连接，转换器分别与软管与钻杆集成连接，转换器用于连通软管和钻杆集成，吊耳用于与外部设备连接
。4.
根据权利要求3所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，钻杆集成包括空心的钻杆，以及沿着钻杆远离连接组件的方向依次安装在钻杆上的上卡头组件和下卡头组件，上卡头组件和下卡头组件间隔设置，且均位于主钻头上方，卡头组件包括至少两个卡头组，各个卡头组沿着钻杆的环向设置，并且所有卡头组中，至少有两个卡头组之间的夹角
≥180
°
，以使得钻杆的两侧至少各有一个卡头组，其中，上卡头组件和下卡头组件的卡头组数量相同，上卡头组件用于与到达上行极限位置处的扩孔器集成连接，上下头组件用于与到达下行极限位置处的扩孔器集成连接
。5.
根据权利要求4所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，卡头组包括卡头筒
、
卡头弹簧
、
卡头弹芯和卡头限位孔，卡头筒的一端固定在钻杆的外表面并呈水平设置，卡头筒的另一端设有开口，卡头弹簧的一端固定在卡头筒与钻杆连接一端的内壁上，另一端与经开口伸入至卡头筒腔体内的卡头弹芯连接，卡头弹簧套设在伸入至卡头筒腔体内的卡头弹芯的一端并且与卡头弹芯固定连接，卡头弹簧通过伸缩驱动卡头弹芯的另一端伸出至卡头筒腔体的外部或回缩至卡头筒腔体的内部，卡头弹芯远离弹簧的一端至少一侧的轮廓呈弧形结构，卡头弹芯远离卡头弹簧一端的下侧挖设有卡头限位孔，
其中，上卡头组件中的卡头弹芯的下侧的轮廓呈弧形结构，下卡头组件中的卡头弹芯的上侧的轮廓呈弧形结构，以使得驱动箱集成沿着钻杆集成向上滑动带动扩孔器集成向上滑动过程中，能够顺畅地将上卡头组件中位于卡头筒的腔体外部的卡头弹芯的一端依然位于腔体外部且顺利地滑入扩孔器集成内，以及使得驱动箱集成沿着钻杆集成向下滑动带动扩孔器集成向下滑动过程中，能够顺畅地将下卡头组件中位于卡头筒的腔体外部的卡头弹芯的一端依然位于腔体外部且顺利地滑入扩孔器集成内
。6.
根据权利要求5所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，钻杆集成还包括铰接耳组件，铰接耳组件包括至少两个铰接耳，各个铰接耳沿着钻杆的环向设置，例如等间距设置，并且所有铰接耳中，至少有两个铰接耳之间的夹角
≥180
°
，以使得钻杆的两侧至少各有一个铰接耳，铰接耳与扩孔器集成连接
。7.
根据权利要求6所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，驱动箱集成包括驱动箱
、
若干限位液压千斤顶
、
垫板
、
若干移位液压千斤顶
、
若干离合液压千斤顶
、
高压油管
、
若干分油器
、
传动盘
、
第一齿轮和液压驱动器，传动盘和液压驱动器均安装在驱动箱内，传动盘的外圈设置有第一齿轮，液压驱动器上也设置有齿轮，液压驱动器上的齿轮与第一齿轮啮合，从而使得传动盘与液压驱动器啮合连接，液压驱动器与外部的控油泵连接，钻杆穿过传动盘而与传动盘连接，移位液压千斤顶的非输出端竖直地固定连接在驱动箱的底端，移位液压千斤顶与离合液压千斤顶的数量相同，移位液压千斤顶的输出端与离合液压千斤顶的非输出端连接，以驱动离合液压千斤顶远离或靠近驱动箱，离合液压千斤顶的数量与上卡头组件的卡头组数量相同，从而使得离合液压千斤顶
、
上卡头组件的卡头组
、
下卡头组件的卡头组能够两两之间一一对应，离合液压千斤顶的输出端与扩孔器集成连接，从而使得驱动箱集成与扩孔器集成连接，离合液压千斤顶位于卡头组件远离钻杆的一端的外侧，各个限位液压千斤顶均安装在驱动箱的腔体内，并且沿着驱动箱的环向等间距设置，限位液压千斤顶的输出端伸出至箱体外部与位于箱体外部的垫板固定连接，限位液压千斤顶用于驱动垫板靠近或远离预制管桩内壁，从而能够将组件固定在预制管桩内部，各个限位液压千斤顶通过油管连接到同一个分油器
、
各个移位液压千斤顶通过油管连接到另一个分油器，各个离合液压千斤顶通过油管连接到另一个分油器，以通过输送或禁止输送液压油控制千斤顶的启闭，分油器的输入端与高压油管束连接，并通过高压油管束与外部的控油泵连接，使得三个分油器分别通过高压油管束与外部的控油泵连接，从而可以通过控油泵独立控制各个千斤顶的启闭
。8.
根据权利要求7所述的预制管桩用的沉桩助沉装置，其特征在于，扩孔器集成包括移位箱
、
上连杆
、
扩孔钻头
、
下连杆
、
联动弹簧
、
联动弹芯
、
弹芯连杆
、
第一连接凸出端
、
第二连接凸出端和第三连接凸出端，移位箱一端设有开口，开口与移位箱内的腔体连通，离合液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕述晖，苏林王，苏世定，张博，李金祥，吴佳琪，
申请(专利权)人：中交四航工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：